Ứng dụng Scoops3D kết hợp với GIS phân tích ổn định mái dốc theo không gian ba chiều

Bài viết Ứng dụng Scoops3D kết hợp với GIS phân tích ổn định mái dốc theo không gian ba chiều dùng phần mềm Scoosp3D với mô hình cân bằng giới hạn mở rộng cho không gian ba chiều kết hợp với công nghệ GIS để phân tích mặt phá hoại dạng trụ tròn áp dụng phương pháp Bishop đơn giản.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 ỨNG DỤNG SCOOPS3D KẾT HỢP VỚI GIS PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC THEO KHƠNG GIAN BA CHIỀU Trần Thế Việt1, Hồng Việt Hùng1 Bộ mơn Địa kỹ thuật, Khoa Cơng trình, Đại học Thủy lợi, email: trantheviet@tlu.edu.vn 1 GIỚI THIỆU CHUNG Đánh giá ổn định mái dốc nhánh quan trọng ngành Địa Kỹ Thuật Tuy nhiên, phần lớn phân tích dựa mơ hình hai chiều (2D) với nhiều giả thiết nhằm làm đơn giản toán Do tốn phẳng khơng phản ánh xác điều kiện làm việc thực tế mái dốc tự nhiên Do đó, việc tính tốn theo tốn hai chiều ảnh hưởng đến độ tin cậy xác kết tính Ngày nay, nhiều phương pháp phân tích ổn định mái dốc phát triển theo tích hợp với hệ thống thông tin địa lý GIS GIS công cụ mạnh xử lý liệu biến đổi theo không gian, công cụ gần cho thấy nhiều cải tiến sử dụng rộng rãi dự đoán sạt lở đất Tuy vậy, việc áp dụng GIS để phân tích ổn định mái dốc theo khơng gian ba chiều hạn chế Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả dùng phần mềm Scoosp3D với mơ hình cân giới hạn mở rộng cho khơng gian ba chiều kết hợp với công nghệ GIS để phân tích mặt phá hoại dạng trụ trịn áp dụng phương pháp Bishop đơn giản Sản phẩm đầu quan trọng Scoops3D đồ thể giá trị hệ số an toàn ổn định trượt (Fs) cho (cell) tồn vùng nghiên cứu đặc trưng mơ hình số độ cao (DEM) Để đánh giá hiệu Scoops3D phán đoán sạt lở, điểm trượt xảy Sapa - Lào Cai ngày mùng tháng năm 2019 dùng để kiểm chứng Bản đồ FS xuất từ Scoops3D so sánh với đồ thể vết trượt thực tế Sự trùng khớp hai đồ đánh giá thông qua hệ số MSR Huang and Kao (2006) giới thiệu [1] KHU VỰC NGHIÊN CỨU Vào khoảng 09:00 sáng ngày mùng tháng năm 2019, tỉnh lộ 152, Km9+100 xảy vụ sạt lở đất nghiêm trọng làm 300 m3 đất từ taluy dương sạt lở xuống đường làm người chết gây tắc nghẽn giao thông nhiều Vụ sạt xảy kết đợt mưa lớn kéo dài nhiều ngày Hình thể vị trí hình dạng khối trượt Hình thể hình ảnh khối trượt thực tế ngồi trường cận cảnh điều kiện mặt trượt Đánh giá điều kiện trường cho thấy khu vực nghiên cứu có điều kiện địa chất phức tạp gồm trầm tích tích tụ sản phẩm đá granite Tầng phủ bị phong hóa mạnh phần lớn mái dốc có nguy trượt cao 138 Hình Vị trí quy mơ khối trượt xảy vào ngày 05 tháng 08 năm 2019 Sapa Lào Cai Đường chấm thể vết trượt Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 bề mặt địa hình, 2) đồ thể phân bố chiều dày lớp đất, 3) điều kiện áp lực nước lỗ rỗng thời điểm tính tốn, 4) Phân bố không gian số đặc trưng học đất gồm sức kháng cắt trọng lượng riêng Hình a) Ảnh khối trượt thực tế trường, b) cận cảnh điều kiện mặt trượt ỨNG DỤNG SCOOPS3D TRONG DỰ ĐOÁN SẠT LỞ ĐẤT Scoops3D phát triển Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ dùng phương pháp cân giới hạn ‘phương pháp chia cột’ để xác định mặt trượt tiềm giả thiết giao mặt trụ tròn với cột đất định nghĩa theo độ phân giải đồ mơ hình số độ cao Nói chung, tất phương pháp cân giới hạn định nghĩa hệ số an toàn Fs tỷ số sức kháng cắt trung bình s lực cắt  cần để trì trạng thái cân giới hạn dọc dọc theo mặt trượt định trước: s Fs   Sức kháng cắt đất xác định theo tiêu chuẩn phá hoại Morh-Coulomb : s  c   n  tan Trong đó: c - lực dính đất;  - góc ma sát trong; n - ứng suất pháp Trong tính ổn định mái dốc theo mơ hình 3D, khả tìm nhiều cung trượt lúc cần thiết biến đổi địa hình nghiên cứu, đặc tính vật liệu, giá trị áp lực nước lỗ rỗng Trong Scoops3D, hệ thống lưới gồm điểm đại diện cho tâm cung trượt người tính định nghĩa phía DEM hình Scoops3D kiểm tra tất cung trượt tiềm theo điều kiện khống chế quy mơ khối trượt người tính định trước Như phần lớn mơ hình vật lý khác, việc cung cấp đủ đảm bảo độ tin cậy thông số đầu vào rào cản lớn để có kết xác Các thơng số đầu vào Scoops3D gồm: 1) mơ hình số độ cao thể Hình Nguyên lý xác định mặt trượt tiềm dùng Scoops3D Trên hình lớp lưới tâm mặt trượt tiềm Hình thể đồ số bề mặt địa hình khu vực nghiên cứu Căn vào tài liệu khảo sát thực tế hình 2, lấy gần địa tầng khu vực nghiên cứu gồm lớp với bề mặt lớp sườn tích với chiều dày 4,0 m, bên lớp đá không thấm Các tiêu lý đất xác định thơng qua thí nghiệm, kết thể bảng Hình Mơ hình số độ cao điểm nghiên cứu Về điều kiện nước ngầm thời điểm trượt, nguyên nhân trượt xác định mưa lớn lịch sử (chu kỳ 20 năm) Do giả thiết thời điểm trượt, mực nước mái dốc trùng với cao trình mặt đất hình 139 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 (overprediction), ngược lại MSR > 0.9, kết dự đoán thiếu (underprediction) Bảng thể kết tính số MSR Bảng Chỉ tiêu lý dùng cho tính tốn Thơng số Đơn vị Giá trị trung bình Trọng lượng riêng  kN/m3 19,0 Góc ma sát  o () 15,0 Lực dính c kN/m2 11,1 Bảng Tính tốn số MSR Parameters TAU TAS AUU ASS MSR KẾT QUẢ, HIỆU CHỈNH KẾT QUẢ Kết quan trọng Scoops3D đồ thể hệ số an tồn ổn định trượt Fs Hình thể kết tính Value 649 6461 308 6337 0.73 Từ kết bảng thấy Scoops3D dự đốn tương đối xác vị trí khối trượt khoảng 50% (AUU/TAU) số ô khối trượt dự đốn xác Tuy nhiên, giả thiết số liệu đầu vào phân bố chiều dày tầng phủ, mực nước ngầm thời điểm trượt theo không gian chất vật lý trình trượt chưa hợp lý nên kết dự đoán bị (MSR = 0.73 < 0.8) KẾT LUẬN Hình Hệ số an tồn Fs tính theo Bishop Trên (hình 5), vùng có Fs < dự đốn vùng bị trượt, vùng có ≤ Fs < 1.25 vùng có nguy cao bị trượt, vùng 1.25 ≤ Fs < 1.5 vùng tương đối an tồn, vùng có Fs ≥ 1.5 vùng an toàn Để đánh giá chất lượng đồ vừa dự tốn, kết tính so sánh với vết trượt thực tế thông qua số MSR (Modified Success Rate) phát triển Huang and Kao (2006) [1] Theo đó, kết hình đồ dạng raster phân làm vùng : 1) ô bị trượt thực tế dự đốn trượt (AUU), 2) trượt thực tế bị dự đốn an tồn (AUS), 3) thực tế an tồn bị dự báo trượt, 4) thực tế an tồn dự báo an tồn (ASS) Theo đó, số MSR xác định sau: AUU ASS  0.5 MSR  0.5 TAU TAS Trong cơng thức trên, thấy giá trị MSR thay đổi từ 0.0 đến 1.0 Theo Huang and Kao (2006) [1], đồ dự đoán Fs có độ xác cao 0.8  MSR  0.9 Khi MSR < 0.8, kết dự đoán bị Bài báo dùng Scoops3D để phân tích ổn định mái dốc cho khu vực theo không gian ba chiều Để kiểm chứng chất lượng mơ hình tính, đồ Fs dự đốn theo Scoops3D so sánh với vết trượt thực tế Kết cho thấy, đảm bảo chất lượng liệu đầu vào Scoops3D công cụ mạnh việc dự đốn vị trí sạt lở tiềm Để cải thiện kết tính, nhóm tác giả kiến nghị việc tiếp tục tận dụng bề mặt địa hình sau bỏ phần bị trượt kết hợp với điều kiện thủy văn địa chất để đánh giá ổn định vùng đất lân cận khối trượt vừa đự đoán LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu tài trợ Bộ Khoa học Công nghệ qua đề tài mã số NĐT67/e-Asia19 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Huang J.C, & Kao S.J (2006) Optimal estimator for assessing landslide model performance Hydrol Earth Syst Sci., 10(6), 957-965 140 ... < 0.8, kết dự đoán bị Bài báo dùng Scoops3D để phân tích ổn định mái dốc cho khu vực theo không gian ba chiều Để kiểm chứng chất lượng mơ hình tính, đồ Fs dự đoán theo Scoops3D so sánh với vết... vào phân bố chiều dày tầng phủ, mực nước ngầm thời điểm trượt theo không gian chất vật lý trình trượt chưa hợp lý nên kết dự đoán bị (MSR = 0.73 < 0.8) KẾT LUẬN Hình Hệ số an tồn Fs tính theo. .. TAU TAS AUU ASS MSR KẾT QUẢ, HIỆU CHỈNH KẾT QUẢ Kết quan trọng Scoops3D đồ thể hệ số an toàn ổn định trượt Fs Hình thể kết tính Value 649 6461 308 6337 0.73 Từ kết bảng thấy Scoops3D dự đốn tương